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Accueil > FR > Recrutements > Offres de thèses 2017

PhAR — Instabilités spatio-temporelles dans un piège magnéto-optique

par Webmestre - publié le

Directeurs de thèse : Daniel Hennequin — Philippe Verkerk

L’utilisation des lasers pour refroidir des atomes date du milieu des années 1980. L’introduction du piège magnéto-optique pour piéger et refroidir les atomes a mené à des résultats spectaculaires en physique quantique. Toutefois, les nuages d’atomes froids créés grâce à cette technique sont parfois instables. Dans certaines conditions, la forme du nuage et le nombre d’atomes piégés fluctuent dans le temps. Les ingrédients qui manquent dans le premier modèle simpliste sont liés à la présence des autres atomes. Ce domaine des instabilités du piège magnéto-optique connaît aujourd’hui un regain d’intérêt, en particulier à cause de ses analogies avec la physique des plasmas ou l’astrophysique. Du point de vue théorique, nous avons établi les équations aux dérivées partielles qui régissent l’évolution de la densité dans l’espace des phases des atomes froids. Les équations obtenues res- semblent au système Vlasov-Fokker-Planck rencontré dans le domaine des lasers à électrons libres. Toutefois, ces systèmes sont assez différents par les équations de couplage qui décrivent l’effet de la densité atomique sur le monde extérieur. Les équations obtenues sont trop complexes et de plus non- linéaires et ne peuvent être résolues analytiquement : des simulations numériques seront donc néces- saires.

Du point de vue expérimental, la première étape a consisté à observer ces instabilités et à défi- nir des critères d’analyse permettant de les caractériser précisément. L’acquisition des données se fait avec une caméra rapide susceptible de prendre 10 000 images/seconde. On peut s’attendre à des ef- fets de nature globale avec des déformations du nuage. Mais la complexité du problème autorise aus- si des mouvements localisés. Les observations récentes montrent que c’est précisément dans ce ré- gime que l’on se trouve. De plus, le système n’est bien décrit ni dans une approche spectrale, ni dans une approche spatiale, ce qui montre que l’on a affaire à un « vrai » système spatio-temporel.